Se situa al contacte del Miocè amb el Nummulític de les serres prebètiques valencianes, allargat des de l’Ull del Moro (1.051 m alt., a l’W) fins a l’alt de la Creueta (800 m, a l’E), formant part dels vessants septentrionals dels contraforts de la serra d’Aitana (el Castell, 913 m; alt de la Moleta, 1.010 m) i obert cap a la fossa d’Alcoi. Recorre el terme longitudinalment el riu de Frainos (o riu de Penàguila), que aflueix al riu de Seta, que rep el barranc d’Ares i un ventall de set barrancs del SW, alguns d’ells molt encaixats (és notable la Plaça del Salt al barranc de la Font).
Els terrenys incultes sumen 3.175 ha (2.550 de pastures i 314 de pins i carrasques) i l’agricultura abasta 79 ha de regadiu (amb aigua de fonts) i 1.884 ha de secà, on dominen els camps de cereals gairebé abandonats i 370 ha d’oliveres i ametllers. L’escassa població activa depèn en part de l’activitat industrial d’Alcoi i en l’altra, major, de l’agricultura.
La vila (300 h agl [2006], penailencs; 685 m alt.), a l’esquerra del riu de Frainos, és dominada pel S pel tossal on s’aixecava l’antic castell de Penàguila, d’origen islàmic, avui arruïnat. L’església parroquial (Santa Maria) fou bastida a la fi del segle XVIII i renovada al començament del XIX. El castell de Penàguila tingué un paper important en les revoltes d’al-Azraq. Repoblat amb cristians de natura, en depenien eclesiàsticament fins al segle XVI els llocs de moriscs veïns de Benilloba, Benifallim, Benasau, Ares del Bosc, Beniafé, Benigama i Alcoleja. Penàguila pertangué als segles XV i XVI als Fenollar i després retornà a la corona. Es conserva el palau dels Fenollar i un casal dels marquesos de Guadalest. El municipi comprèn el despoblat de l'Alqueria de Sanç.